JP2017156454A

JP2017156454A - 光変調器とその製造方法

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Publication number: JP2017156454A
Application number: JP2016037910A
Authority: JP
Inventors: グァンウェイコン; Guangwei Cong; 山田　浩治; Koji Yamada; 浩治山田; 守史大野; Morifumi Oono; 有里子前神; Yuriko Maegami; 岡野　誠; Makoto Okano; 誠岡野
Original assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 2016-02-29
Filing date: 2016-02-29
Publication date: 2017-09-07

Abstract

【課題】リブ形成用のエッチング工程を省略でき寸法精度が高いリブ形成が可能で、かつｐｎ接合用の注入キャリア分布の最適化ができるリブ導波路構造を提供し、これを用いたリブ導波路型光変調器の高性能化(高効率、低電力等)を図る。【解決手段】基板１上の第１のクラッド１４と、第１のクラッド上のコアであって、半導体材料からなるスラブ１５と、スラブ上のスラブとは異なる材料からなるリブ２０とを含み、リブ下のスラブが横型または縦型のｐｎ接合１６、１７を含むコアと、コア上の第２のクラッド２１と、を備える光変調器１００を提供する。【選択図】図１

Description

本発明は、光変調器に関し、より具体的には、電気光学効果を利用するリブ導波路型光変調器とその製造方法に関する。

シリコンフォトニクス又はフォトニック結晶といった、シリコンの微細加工技術を利用して、ＳＯＩ(Silion On Insulator)基板上に光導波路及びこれを用いた光変調器、光スイッチ等を形成する技術の研究が進められている。シリコンフォトニクスによる光変調器の１つに、電気光学効果を利用するリブ導波路型光変調器がある。このリブ導波路型光変調器では、リブ直下のシリコン層中に形成されたｐｎ接合へのバイアス電圧制御により得られる電気光学効果により光導波路(コア)中の光の位相を変調させている。

従来の電気光学効果を利用するリブ導波路型光変調器として、非特許文献１は、ＳＯＩ基板のＳｉ層中に横型の、言いかえれば水平な(以下本明細書では「横型」と呼ぶ)ｐｎ接合を形成したリブ導波路型光変調器を開示する。また、非特許文献２は、ＳＯＩ基板のＳｉ層中に縦型の、言いかえれば垂直な(以下本明細書では「縦型」と呼ぶ)ＰＮ接合を形成したリブ導波路型光変調器を開示する。これらの文献に例示される従来のリブ導波路型光変調器では、ＳＯＩ基板のＳｉ層を途中止めエッチングしてリブ及びスラブ一体型導波路構造を形成した後に、そのリブとスラブにイオン注入にしてアクティブ領域(ｐｎ接合部)を形成している。しかし、こうした形成方法を用いる従来のリブ導波路型光変調器には以下に示すような問題がある。

途中止めエッチングを用いるため、そのエッチング量のコントロールが難しく、設計通りの寸法の導波路(リブ、コア)を形成することが困難である。その結果、導波路寸法の変動は伝搬光のモードフィール形状に影響するため、光変調器の効率に悪影響を与える。また、注入キャリア分布の最適化がリブ導波路型光変調器の高性能化(高効率、低電力等)のために重要であるが、リブとスラブとの間に段差があるため、イオン注入によってリブ及びスラブ中のキャリア分布を共に最適化することが困難である。

T. B. Jones, et al. "Ultralow drive voltage silicon traveling-wave modulator", OPTICS EXPRESS 12019, Vol. 20, No. 11, 21 May 2012 M. R. Watts, et al. "Low-Voltage, Compact, Depletion-Mode, Silicon Mach-Zehnder Modulator", IEEE JOURNAL OF SELECTED TOPICS IN QUANTUM ELECTRONICS, VOL. 16, NO. 1, JANUARY/FEBRUARY 2010

本発明は、上記した従来のリブ導波路型光変調器の問題に鑑みてなされたものであり、リブ形成用のエッチング工程を省略でき、寸法精度が高いリブ形成が可能であり、かつｐｎ接合用の注入キャリア分布の最適化が可能なリブ導波路構造を提供し、これを用いたリブ導波路型光変調器の高性能化(高効率、低電力等)を図ることを目的とする。

本発明では、基板上の第１のクラッドと、第１のクラッド上のコアであって、表面が平坦な半導体材料からなるスラブと、スラブ上のスラブとは異なる材料からなるリブとを含み、リブ下のスラブが横型または縦型のｐｎ接合を含むコアと、コアを覆う第２のクラッドと、を備える光変調器を提供する。

本発明では、光変調器の製造方法を提供する。その製造方法は、（ａ）基板上の第１のクラッド層上に表面が平坦な所定領域を含む半導体層を準備するステップと、（ｂ）所定領域の半導体層に横型または縦型のｐｎ接合を形成するステップと、（ｃ）ｐｎ接合上方の半導体層上に半導体層とは異なる材料からなるリブを形成するステップと、（ｄ）所定領域の半導体層及びリブを第２のクラッド層で覆うステップと、（ｅ）リブの両側の第２のクラッド層に半導体層に至る２つの開口を形成し、一方の開口にｐｎ接合を形成するｐ型領域に接続する第１電極を形成し、他方の開口にｎ型領域に接続する第２電極を形成するステップと、を含む。

本発明の一実施形態の光変調器の構成を示す上面図(ａ)と断面図(ｂ)である。本発明の一実施形態の光変調器の光位相変調部の構成を示す断面図である。本発明の一実施形態の光変調器の製造工程のフローを示す図である。本発明の一実施形態の光変調器の製造工程の一部を示す図である。本発明の一実施形態の光変調器の製造工程の一部を示す図である。本発明の一実施形態の光変調器の製造工程の一部を示す図である。本発明の一実施形態の光変調器の製造工程の一部を示す図である。本発明の一実施形態の光変調器の製造工程の一部を示す図である。本発明の一実施形態の光変調器の製造工程の一部を示す図である。本発明の一実施形態の光変調器の製造工程の一部を示す図である。本発明の一実施形態の光変調器の製造工程の一部を示す図である。本発明の一実施形態の光変調器の製造工程の一部を示す図である。本発明の一実施形態の光変調器の製造工程の一部を示す図である。本発明の一実施形態の光変調器の製造工程の一部を示す図である。本発明の一実施形態の光変調器の製造工程の一部を示す図である。本発明の一実施形態の光変調器の製造工程の一部を示す図である。本発明の一実施形態の光変調器の製造工程の一部を示す図である。本発明の一実施形態の光変調器の製造工程の一部を示す図である。本発明の一実施形態の光変調器の製造工程の一部を示す図である。本発明の一実施形態の光変調器の製造工程の一部を示す図である。本発明の一実施形態の光変調器の製造工程の一部を示す図である。本発明の一実施形態の光変調器の製造工程の一部を示す図である。本発明の一実施形態の光変調器の製造工程の一部を示す図である。本発明の一実施形態の光変調器の製造工程の一部を示す図である。本発明の一実施形態の光変調器の製造工程の一部を示す図である。本発明の一実施形態の光変調器の製造工程の一部を示す図である。本発明の一実施形態の光変調器の製造工程の一部を示す図である。光変調器のキャリア分布の計算結果を示す図である。

図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態の光変調器の構成を示す図である。図１の光変調器１００は、マッハツェンダ干渉計(ＭＺＩ)型の光変調器の一例である。図１(ａ)は光変調器１００の上面図であり、(ｂ)は光位相変調部１０の下側のａ−ａ´ラインでの断面図である。なお、光位相変調部１０の上側の断面図も同様である。以下の本発明の実施形態の説明では、ＳＯＩ基板上に設けられた光変調器を例にとり説明するが、本発明はＳＯＩ基板、すなわち支持基板上の絶縁層(埋め込み酸化膜(ＢＯＸ))の上の表面が平坦なシリコン(Ｓｉ)層を用いる場合に限定されず、電気光学効果を得るための不純物ドーピング(ｐｎ)制御が可能な他の表面が平坦な半導体材料層を含む基板(ウェハ等)を用いることができる。

図１(ａ)において、光変調器１００は、ＳＯＩ基板１の所定領域上のＣＷ光が入力する入力端と変調光が出力する出力端の間に設けられた光導波路２、３、４、５、光分岐器６、光位相変調部１０、及び光結合器７を含む。ＳＯＩ基板１の所定領域は、ＳＯＩ基板の光変調器が形成される領域を意味する。光位相変調部１０は、光分岐器６と光結合器７の間の２本の光導波路(「アーム」とも呼ばれるので以下「アーム」とも記す)３、４の各々に沿って設けられている。この２本のアーム３、４の長さは、等長または非等長のいずれでもよい。光位相変調部１０は、電極１１、１２、１３を含む。ここで、入力されるＣＷ(Continuous Wave)光は、振幅の時間依存性がない光を意味し、例えば連続発振するレーザ光(Continuous Wave laser)によって供給される。

図１(ｂ)において、ＳＯＩ基板１の所定領域の埋め込み酸化膜(ＢＯＸ層)１４上のシリコン層(ＳＯＩ層)１５中に、縦型のｐｎ接合を形成するようにｐ型(ｐ＋)領域１６とｎ型(ｎ＋)領域１７が形成されている。また、詳細は後述するように、横型のｐｎ接合を利用することもできる。ＢＯＸ層１４は、光位相変調部１０の第１クラッド(下側クラッド)として機能し、ＳＯＩ層１５はコア(その一部)として機能する。

ｐ＋領域の端部にはドーパント濃度が高いｐ＋＋領域が設けられ、その上の電極１１と抵抗性接合している。同様に、ｎ＋領域の端部にはドーパント濃度が高いｎ＋＋領域が設けられ、その上の電極１２と抵抗性接合している。２つの電極１１、１２は、ｐｎ接合にバイアス電圧を印加して電気光学効果(空乏層形成、屈折率変化)を生じさせるために用いられる。

表面が平坦なＳＯＩ層１５のＰＮ接合領域上には、シリコンとは異なる材料(異種材料)からなるリブ２０が設けられている。リブ２０はコア(その一部)として機能する。リブ２０は、例えばアモルファスシリコンあるいはポリシリコンからなる。リブ２０は、シリコン窒化膜(ＳｉＮ)とすることもできる。リブ２０及びＳＯＩ層１５はシリコンとは異なる材料からなる第２クラッド(上側クラッド)２１で覆われている。第２クラッド２１は、例えば酸化シリコン(ＳｉＯ₂)、あるいはＳｉＯＣＨ、ＳｉＯＮのような材料を用いることもできる。

ＳＯＩ層１５の表面とリブ２０の間にはさらに薄膜を設けることができる。リブ２０がアモルファスシリコンあるいはポリシリコンのような導電性を有する材料(半導体等)からなる場合、リブ２０を介してｐ＋領域またはｎ＋領域からキャリアが移動してしまう(電流が流れてしまう)ことを防ぐために、絶縁性材料からなる薄膜(例えば酸化シリコン膜)を形成することができる。また、薄膜を設ける際は、その屈折率ｎがＳＯＩ基板より小さい材料を光学的に影響がない範囲で薄く形成することが望ましい。

コアを成すＳＯＩ層１５及びリブ２０の屈折率ｎ１と、コアを包含する第１及び第２のクラッド１４、２１の屈折率ｎ２との関係は、基本的に従来からの光導波路のコアとクラッドに求められる屈折率の関係と同じであって、少なくともｎ１＞ｎ２が成り立つ必要がある。図１の例では、ＳＯＩ層１５のＳｉの屈折率は約３.５であり、リブ２０の一例であるアモルファスシリコンの屈折率は製膜条件等に依存して変わるが約３.０以上にすることができ、ポリシリコンの屈折率は約３.５であり、また第１及び第２のクラッド１４、２１の一例である酸化シリコン(ＳｉＯ₂)の屈折率は約１.４であり、これらは上記した屈折率の関係ｎ１＞ｎ２を満たしている。

図１の光変調器１００は以下のように動作する。変調器１００の入力端にＣＷ光が入射し、光分岐器６により２本のアーム３、４に分けられる。分けられた光は各アームに沿って通過する。その通過中に光位相変調部１０の電極１１、１２に電気信号(バイアス電圧)を印加して、光位相変調部１０の導波路中のｐｎ接合部に空乏層を形成して、すなわちキャリア密度を低下させて、コアの屈折率を変化させる。その際、電極１１、１２の各々に印加するバイアス電圧を異なる値とすることにより、アーム３、４の各々の伝播光の位相を異なるものに変化させることができる。位相が変化した２つの伝播光は光結合器７で結合(干渉)し、両者の位相差に応じて結合(干渉)光の振幅が変化する。振幅が変化した結合光は変調光として出力端から出射する。

図２は、本発明の一実施形態の光変調器の構成を示す断面図である。(ａ)は光位相変調部のｐｎ接合が横型の例であり、(ｂ)は図１(ｂ)の場合と同様な縦型の例である。図２において、リブ２０下のｐ型注入部１６、ｎ型注入部１７となっている領域がそれぞれＳＯＩ層にｐ型ドーパント(例えばボロン(Ｂ))、ｎ型ドーパント(例えばリン(Ｐ))が導入(例えばイオン注入)されている部分である。なお、(ａ)においてｐ型注入部１６とｎ型注入部１７を左右入れ替えてもよく、また(ｂ)においてｐ型注入部１６とｎ型注入部１７を上下で入れ替えてもよい。

図２(ｂ)の本発明の一実施形態の光変調器の光位相変調部(縦型ｐｎ接合)の構成における寸法(各サイズ)は、例えば以下のように設定することができる。なお、リブ２０としてアモルファスＳｉを用いた場合の例である。
・リブ２０幅：５００ｎｍ〜１０００ｎｍ、厚さ：５０ｎｍ〜１２０ｎｍ
・ｐ型注入部１６厚さ：１００ｎｍ〜１５０ｎｍ(ＳＯＩ厚の約半分)
・ｎ型注入部１７厚さ：１００ｎｍ〜１５０ｎｍ(ＳＯＩ厚の約半分)
・ｐｎ接合(ｐ型とｎ型の注入部の重なり)の幅：２００ｎｍ〜１０００ｎｍ

図１、図２に例示される本発明の一実施形態の光変調器１００は、以下の特徴を備えている。
（１）スラブに相当するＳＯＩ(シリコン層)、言いかえればＳＯＩ層の光変調器が形成される領域(所定領域)が平坦な表面を有する。その結果、従来のリブ及びスラブ一体型の段差がある形状に較べて、工程の詳細は後述されるように、ｐｎ接合を形成するためのドーパント注入量の制御精度を高めることができ、キャリア分布の最適化を図ることができる。
（２）リブがスラブと異なる材料で平坦なＳＯＩ(スラブ)上に設けられる。その結果、工程の詳細は後述されるように、リブのエッチングのエンドポイントの検出が容易になり、従来のリブ及びスラブ一体型形成のための途中止めエッチングを用いる必要がないので、リブの寸法精度が向上し、コアを伝播する光のモードフールド形状を均一化させることができ、光変調器の効率を高めることが可能となる。
（３）更に、たとえリブの寸法にずれが生じても、伝搬光モードとｐｎ接合部との間の相互作用への影響が少なく、従来のリブ及びスラブ一体型よりも変調器性能のばらつきを低減することができる。

上記(１)のキャリア分布の最適化についてさらに説明する。図２８は光変調器のキャリア分布の計算結果を示す図である。(ａ)は、従来のリブ及びスラブ一体型の光変調器の場合のキャリア分布を示す図であり、(ｂ)は本発明の一実施形態の光変調器のキャリア分布を示す図である。(ｂ)では、アモルファスＳｉからなるリブ２０を用いている。図中のＳＯＩ層５０、５２中の横長の白い部分がいずれもキャリア分布を示している。

図２８(ａ)に示されるように、従来のリブ及びスラブ一体型の段差がある形状の場合は、平坦で均一なｐｎ接合面を実現することも困難であり、リブとスラブの接続部の角Ａ、Ｂとｐｎ接合面の距離が近いので、逆バイアス電圧を印加する時に、その角Ａ、ＢにＳＯＩ層５０中のｐｎ接合面が食い込んで導電状態を断ち切ってしまうか、あるいは制限してしまう恐れがある。

一方、図２８(ｂ)に示す本発明の光変調器の場合は、リブ２０(ここではアモルファスＳｉからなるリブ)下のＳＯＩ層５２のドーパント注入部が平坦で段差が無いので、横型及び縦型ともに平坦で均一なキャリア分布を実現することができる。その結果、ＳＯＩ層５２中のｐｎ接合面と光導波路を伝播する光波の光モードとの重合面積を大きくしやすく、駆動電圧及び電力の両方を低減することができる。

次に、図３〜図２７を参照しながら、本発明の一実施形態の光変調器の製造工程について説明する。以下の説明では、ＳＯＩ基板に対して従来からあるＳｉ半導体プロセスを用いて、縦型ｐｎ接合を有する光変調器を製造する場合の例を説明する。なお、横型ｐｎ接合の場合も基本的に同様な工程を選択(一部変形を含む)しながら製造することができる。図３は、本発明の一実施形態の光変調器の製造工程のフローを示す図である。図４〜図２７は、図３の各工程(図番)に対応した製造工程の一部を示す図である。

図４の工程において、ＳＯＩ基板３０を用意する。ＳＯＩ基板３０は、変調器を作る領域として表面が平坦な領域(所定領域)を含み、他の領域には従来からの製法で光導波路等が形成されている。ＳＯＩ基板３０の所定領域(以下、単に「ＳＯＩ基板３０」とも記す)のＳＯＩ(シリコン)層の厚さは例えば２００ｎｍ〜３００ｎｍである。図５の工程において、ＳＯＩ基板３０上に熱酸化膜３１を形成する。熱酸化膜３１は、従来からある方法で、ＳＯＩ基板３０を酸素雰囲気中で例えば７００℃〜１１００℃程度に加熱することにより形成することができる。この熱酸化膜３１は、上述したリブ２０とＳＯＩ基板(層)間の薄膜に相当する。

図６の工程において、熱酸化膜３１上にｐ＋領域を形成するためのレジストパターン３２の形成、すなわちレジスト３２の塗布、露光及び現像を行う。なお、以下のレジストパターンの形成工程においても同様にレジストの塗布、露光及び現像を行うので、以降は単に「レジストパターンを形成する」と記載する。図７の工程において、図６で形成したレジストパターン３２の開口部にＳｉのｐ＋領域のドーパントの１つであるボロン(Ｂ)をイオン注入してｐ＋領域を形成する。注入されるボロン(Ｂ)の密度、深さは、注入されるＢイオンのエネルギー密度によって制御される。

図８の工程において、ｐ＋領域３３が形成されたＳＯＩ基板３０上のレジストパターン３２を除去する。図９の工程において、図６の工程と同様に、今度はｎ＋領域を形成するためのレジストパターン３４の形成を行う。その際、ｐｎ接合部(ｐ＋領域とｎ＋領域の重なり)を得るために、図９に示されるように、ｐ＋領域上の所定長の範囲(例えば、上述したｐｎ接合幅：２００ｎｍ〜１０００ｎｍ)が開口内に含まれるように、レジストパターン３４を形成する。

図１０の工程において、図９で形成したレジストパターン３４の開口部にＳｉのｎ＋領域用のドーパントの１つであるリン(Ｐ)をイオン注入してｎ＋領域を形成する。注入されるリン(Ｐ)の密度、深さは、注入されるＰイオンのエネルギー密度によって制御される。その際、既に形成したｐ＋領域の下側にｎ＋領域を形成するべく、図７のＢイオンの注入エネルギー密度よりも大きな注入エネルギー密度でＰイオンが深い位置まで注入される。図１１の工程において、ｎ＋領域３５が形成されたＳＯＩ基板３０上のレジストパターン３４を除去する。これにより、縦型のｐｎ接合が形成される。

図１２の工程において、ｐ＋領域と電極との接触抵抗を下げるために、Ｂが高濃度なｐ＋＋領域を形成するためのレジストパターン３６を形成する。図１３の工程において、レジストパターン３６の開口部にボロン(Ｂ)をイオン注入してｐ＋＋領域を形成する。図１４の工程において、ｐ＋＋領域３５が形成されたＳＯＩ基板３０上のレジストパターン３６を除去する。

同様に、図１５〜図１７の工程により、今度はｎ＋領域と電極との接触抵抗を下げるために、Ｐが高濃度なｎ＋＋領域を形成する。すなわち、熱酸化膜３１上へのレジストパターン３８の形成(図１５)、Ｐ注入によるｎ＋＋領域３９の形成(図１６)、及びレジスト３８の除去(図１７)を行う。その後、イオン注入後のシリコンの結晶性の回復等のために、図１８の工程(図面上は図１７と同じ)でＳＯＩ基板３０をアニール(熱処理)する。

図１９の工程において、熱酸化膜３１上に異種材料層４０を堆積する。異種材料層４０は、既に述べたように例えばアモルファスシリコンあるいはポリシリコンとすることができる。それらは例えば従来からあるプラズマＣＶＤ等を用いて形成(堆積)する。異種材料層４０の厚さは、リブの厚さを規定するので、例えば５０ｎｍ〜１２０ｎｍとすることができる。図２０の工程において、リブを形成するためのレジストパターン４１を形成する。その際、図２０に示すように、レジストパターン４１がｐｎ接合部の真上に位置するようにする。レジストパターン４１の幅は、ｐｎ接合部の幅と同等かあるいはそれより少し狭くする。レジストパターン４１の幅はリブの幅を規定するので、例えば５００ｎｍ〜１０００ｎｍとすることができる。

図２１の工程において、レジストパターン４１で覆われていない異種材料を従来からあるウエットエッチングまたはドライエッチングして、異種材料からなるリブ４２を形成する。この時、リブ４２がその下のＳＯＩ層(基板)とは異なる異種材料からなるために、そのエッチングのエンドポイントの検出が容易になり、従来のリブ及びスラブ一体型形成のための途中止めエッチングを用いる必要がない。その後、レジストパターン４１を除去する。図２２の工程において、上側のクラッドとなるシリコン酸化膜４３を従来からあるプラズマＣＶＤ等を用いて形成(堆積)する。

図２３の工程において、シリコン酸化膜４３上にコンタクトホールを形成するためのレジストパターン４４を形成する。レジストパターン４４の２つの開口は、それぞれｐ＋＋領域３７とｎ＋＋領域３９の真上に位置するようにする。図２４の工程において、レジストパターン４４の２つの開口下(内)のシリコン酸化膜４３及びその下の熱酸化膜３１をウエットエッチングまたはドライエッチングしてコンタクトホール４５を形成し、ｐ＋＋領域３７とｎ＋＋領域３９の表面を露出させる。

図２５の工程において、コンタクトホール４５が形成されたＳＯＩ基板３０上に電極となる金属層４６を従来からあるスパッタリング等の薄膜形成技術を用いて形成(堆積)する。金属層４６としては、例えばアルミニウム、銅、タングステン等の従来からある半導体デバイスのコンタクト(電極)として使用される任意の金属材料を用いることができる。

図２６の工程において、金属層４６上に電極を形成するためのレジストパターン４７を形成する。図２７の工程において、レジストパターン４９の開口下(内)の金属層４６をウエットエッチングまたはドライエッチングして、２つの電極４８、４９を形成する。その後、レジストパターン４７を除去する。以上の工程により、図１(ｂ)にも例示される本発明の一実施形態の縦型ｐｎ接合を含む光変調器を得ることができる。

本発明の実施形態について、図を参照しながら説明をした。しかし、本発明はこれらの実施形態に限られるものではない。さらに、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づき種々なる改良、修正、変形を加えた態様で実施できるものである。

本発明の光変調器は、例えば光通信用のトランシーバ等の各種光通信用デバイス、他の光回路、光集積回路の一部として広く利用することができる。

１、３０：基板(ＳＯＩ基板)
２、３、４、５：光導波路(アーム)
６：光分岐器
７：光結合器
１０：光位相変調部
１１：１２：１３、４８、４９：電極(コンタクト)
１４：埋め込み酸化膜(ＢＯＸ層、第１クラッド、下側クラッド)
１５：ＳＯＩ層(シリコン、Ｓｉ)
１６、３３：ｐ型領域(ｐ＋領域、ｐ型注入部)
１７、３５：ｎ型領域(ｎ＋領域、ｎ型注入部)
１８、３７：ｐ＋＋領域
１９、３９：ｎ＋＋領域
２０、４２：リブ
２１、４３：第２クラッド(上側クラッド、シリコン酸化膜)
３１：熱酸化膜(薄膜)
３２、３４、３６、３８、４１、４４、４７：レジストパターン(レジスト)
４０：異種材料層
４５：コンタクトホール
４６：金属層
５０、５２：ＳＯＩ層
１００：光変調器

Claims

基板上の第１のクラッドと、
第１のクラッド上のコアであって、表面が平坦な半導体材料からなるスラブと、スラブ上のスラブとは異なる材料からなるリブとを含み、リブ下のスラブが横型または縦型のｐｎ接合を含む、コアと、
コアを覆う第２のクラッドと、を備える光変調器。
前記基板はＳＯＩ基板からなり、前記第１のクラッドは酸化シリコン層からなり、前記スラブはシリコン層からなる、請求項１に記載の光変調器。
前記スラブと前記リブの間に前記リブ及びスラブとは異なる材料からなる薄膜をさらに備える、請求項１または２に記載の光変調器。
前記リブはアモルファスシリコンまたはポリシリコンからなり、前記薄膜は絶縁材料からなる、請求項３に記載の光変調器。
前記リブの両側のスラブの領域に、前記ｐｎ接合を形成するｐ型領域に接続する第１電極及びｎ型領域に接続する第２電極をさらに備える、請求項１〜４のいずれかに記載の光変調器。
前記リブがＳｉＮ層からなる、請求項２に記載の光変調器。
前記第２のクラッドが、ＳｉＯ₂、ＳｉＯＣＨ、又はＳｉＯＮ層からなる、請求項２に記載の光変調器。
光変調器の製造方法であって、
基板上の第１のクラッド層上に表面が平坦な所定領域を含む半導体層を準備するステップと、
所定領域の半導体層に横型または縦型のｐｎ接合を形成するステップと、
ｐｎ接合上方の半導体層上に半導体層とは異なる材料からなるリブを形成するステップと、
所定領域の半導体層及びリブを第２のクラッド層で覆うステップと
リブの両側の第２のクラッド層に半導体層に至る２つの開口を形成し、一方の開口にｐｎ接合を形成するｐ型領域に接続する第１電極を形成し、他方の開口にｎ型領域に接続する第２電極を形成するステップと、を含む製造方法。
前記半導体層と前記リブの間に前記半導体層及びリブとは異なる材料からなる薄膜を形成するステップをさらに含む、請求項８に記載の製造方法。
前記ｐｎ接合を形成するステップは、ｐ型ドーパントとｎ型ドーパントを前記所定領域の半導体層にイオン注入するステップと含む、請求項８または９に記載の製造方法。
前記半導体層を準備するステップは、表面が平坦な所定領域を含むＳＯＩ基板を準備するステップを含み、
前記リブを形成するステップは、アモルファスシリコンまたはポリシリコンからなるリブを形成するステップを含み、
前記薄膜を形成するステップは、酸化シリコン層を形成するステップを含む、請求項９に記載の製造方法。